CN110573722B - 燃料喷射器阀 - Google Patents

Abstract

公开了一种浆状燃料喷射器阀(200)，该浆状燃料喷射器阀包括：燃料出口阀(220)，浆状燃料能够经由该燃料出口阀离开所述浆状燃料喷射器阀，朝向发动机的燃烧室；泵腔(230)；泵元件(231)，该泵元件将所述泵腔分成泵室(234)和致动室(236)；燃料导管(212)，所述浆状燃料能通过该燃料导管从所述泵室流向所述燃料出口阀；以及致动流体导管(240)，致动流体能通过该致动流体导管从所述致动室流向所述燃料出口阀。

Description

燃料喷射器阀

技术领域

本发明涉及用于发动机(诸如二冲程船用发动机)的燃料喷射器阀。具体地，本发明涉及用于喷射非牛顿燃料(诸如浆状燃料或乳化燃料)的燃料喷射器阀。

背景技术

柴油机内的当前喷射技术采用源自液态烃的油基牛顿燃料。这可包括但不限于常规柴油、船用柴油、船用瓦斯油和重质燃油。常规柴油机采用对具有牛顿特性的相对低粘度燃料进行压力雾化。

为了使燃料燃烧，需要将燃料以高压泵送到燃料喷射器阀内的室中。常规燃料系统使用高压泵和共轨技术将通常高达1000巴的高压燃料输送到燃料喷射器阀。在其他发动机(诸如船用共轨四冲程发动机)中，压力可高达1500巴。因此，在常规燃料系统中，一定体积的燃料被保持在高压下。

已知用与重质燃油相比具有显著不同性质的浆状燃料或乳化燃料取代重质燃油。浆状燃料可以是含碳的水性浆状燃料。这是碳颗粒(诸如煤或固化沥青)在水中的悬浮液。乳化燃料可以是碳氢化合物(诸如沥青)的液体颗粒和水的乳化液。与重质燃油或柴油相比，含碳的水性浆状燃料可具有较高的粘度，具有非牛顿流变性并且更难以雾化。当浆状燃料没有在流动时，含碳的水性浆状燃料的固体碳颗粒往往会沉积。

这些含碳的水性浆状燃料的燃烧、运输、储藏和利用可能引起许多技术问题。浆料中的含碳固体颗粒可沉淀在油箱和燃料管路中，并且可能在发动机运行期间和/或在停机时阻塞燃料喷射设备的较小孔口。

实验已表明，浆状燃料可在压差范围内改变稳定性和流变性方面的特性。在某些情况下，当浆状燃料长时间暴露于高压时，浆状燃料产生消极反应。例如，浆状燃料可能在诸如可能通过泄压阀和节流阀所经历的高剪切或气蚀条件下表现不好。已观察到，颗粒会从溶液中沉淀出来和/或颗粒会在燃料系统中的各个位置处团聚。这意味着，诸如EP 3 070322中示出的燃料喷射器这样的常规燃料喷射器不能与浆状燃料一起有效地工作或者甚至根本不能与浆状燃料一起工作。

在US 4,782,794和US 5,056,469中公开了使用浆状燃料的已知燃料喷射系统，其中将浆状燃料在高压下喷射到燃料喷射系统中。已知燃料喷射系统的问题在于，浆状燃料中的固体燃料组分的沉淀和团聚会在燃料系统中的任何地方发生。这使水性浆料雾化的敏感性下降，这可造成点火延迟增加以及燃烧不完全，进而可导致发动机不着火、密封圈损坏和发动机寿命降低。此外，这种沉淀和团聚会阻碍或阻止燃料喷射器系统的正确操作，并且在某些情况下会造成燃料喷射器系统中的堵塞。

发明内容

根据本发明，提供了一种浆状燃料喷射器阀，该浆状燃料喷射器阀包括：燃料出口阀，浆状燃料能够经由该燃料出口阀离开所述浆状燃料喷射器阀，朝向发动机的燃烧室；泵腔；泵元件，该泵元件将所述泵腔分成泵室和致动室；燃料导管，浆状燃料能通过该燃料导管从所述泵室流向所述燃料出口阀；以及致动流体导管，致动流体能通过该致动流体导管从所述致动室流向所述燃料出口阀。

这意味着，致动流体能用于冲刷燃料出口阀，以有助于清除或去除原本可能积聚在那里的含碳颗粒或其他耐磨颗粒。此后，这种排出的材料可在浆状燃料和/或致动流体的作用下被推动到燃料出口阀之外。

可选地，所述燃料出口阀包括第一阀元件和第二阀元件，所述第一阀元件和所述第二阀元件彼此能协作，以控制浆状燃料离开所述浆状燃料喷射器阀朝向所述发动机的所述燃烧室。可选地，所述燃料出口阀被配置为使得致动流体能从所述致动流体管道排出且与所述第一阀元件和所述第二阀元件中的一者或二者接触。

可选地，所述燃料出口阀包括针阀，所述针阀具有孔、针燃料室和阀针，所述阀针能在所述孔中移动，以从所述孔内部以可变程度突出到所述针燃料室中。可选地，所述致动流体导管在致动流体导管出口处通向所述孔，由此致动流体能从所述致动流体导管出口排出且与所述阀针和所述孔中的一者或二者接触。

可选地，所述阀针能相对于所述孔旋转。

可选地，所述致动流体导管出口相对于所述阀针布置，使得致动流体能从所述致动流体导管出口排出并碰撞所述阀针的一部分，从而促使所述阀针在所述孔中旋转。

可选地，所述阀针的所述一部分的表面包括至少一个凹槽。

可选地，所述凹槽或每个凹槽的至少一部分在与所述阀针的轴向方向不垂直的方向上延伸。

可选地，所述方向相对于所述阀针的所述轴向方向是倾斜的。

可选地，所述凹槽或每个凹槽的所述至少一部分是螺旋形的。

可选地，所述凹槽或每个凹槽是螺旋形的。

可选地，所述阀针和所述孔被相对确定尺寸，使得致动流体能从所述孔流入所述针燃料室中。

可选地，所述燃料导管通向所述针燃料室。

可选地，所述浆状燃料喷射器阀包括致动流体入口，致动流体能通过该致动流体入口从致动流体源流入所述致动室和所述致动流体导管中。

可选地，所述浆状燃料喷射器阀包括致动控制阀，该致动控制阀用于控制致动流体通过所述致动流体入口的流动。

可选地，所述浆状燃料喷射器阀包括致动流体出口，该致动流体出口与所述致动流体入口流体平行地布置，并且致动流体能通过该致动流体出口从所述致动室排出。

可选地，所述泵元件包括往复活塞。

附图说明

现在，将只以举例方式参照附图来描述本发明的实施方式，在附图中：

图1示出了发动机的立体图；

图2示出了根据本发明的实施方式的燃料喷射器阀的示意性侧剖图；

图3示出了图2的燃料喷射器阀的燃料出口阀的示意性部分侧剖图；

图4示出了图3的燃料出口阀的阀针的示意性侧视图；

图5示出了根据本发明的另一实施方式的可用于图3的燃料出口阀中的另一阀针的示意性侧视图；

图6示出了图2的燃料喷射器阀的燃料供应阀的示意性部分侧剖图；

图7示出了阀针的部分侧视图；以及

图8示出了具有带凹痕尖端的阀针的部分侧视图。

具体实施方式

图1示出了发动机100的立体图，图2中示出并在下文中讨论的燃料喷射器阀200可用于发动机100。

在该实施方式中，发动机100是涡轮增压的大型低速二冲程发动机。在图1的实施方式中，发动机100具有直列的六个气缸。涡轮增压的大型低速二冲程发动机通常具有由发动机机架支撑的直列的四至十四个气缸。在一些实施方式中，发动机100与另一类似或相同的发动机结合使用。在该实施方式中，发动机是船用发动机。发动机100可用作远洋船舶中的主发动机或主发动机之一。发动机100可联接到船舶的推进器轴。然而，在其他实施方式中，发动机100可以是另一类型和/或大小的发动机。例如，发动机可以是用于操作电站中的发电机的固定发动机。发动机的总输出可以例如在1,000至110,000kW的范围内。

图1的发动机100具有六个燃料喷射器阀：每个气缸有一个。当然，发动机中存在的燃料喷射器阀的数量可根据发动机100中存在的气缸的数量而变化。此外，在一些实施方式中，每个气缸可以有多个燃料喷射器阀200。

在本发明的实施方式中，诸如重质燃油或柴油这样的待喷射燃料被浆状燃料取代。在一些实施方式中，浆状燃料是含碳的水性浆状燃料。在一些实施方式中，浆状燃料是微粉精炼碳(MRC)燃料。另选地，浆状燃料可被称为煤和水的混合物(CWM)。这是碳颗粒(诸如煤或固化沥青)在水中的悬浮液。在其他实施方式中，燃料是碳氢化合物(诸如沥青)的液体颗粒和水的乳化液。在其他实施方式中，浆状燃料包括在液体溶液中的固体燃料颗粒组分或在不同液体组分中的液体燃料液滴组分。

与重质燃油或其他油基烃类燃料相比，浆状燃料具有不同的特性。如上所述，与重质燃油或柴油相比，含碳的水性浆状燃料可具有较高的粘度，具有非牛顿流变性并且更难以雾化。当浆状燃料没有在流动时，含碳的水性浆状燃料的固体碳颗粒往往会沉积。

下文中，为了简洁起见，术语“浆状燃料”将涵盖含碳的水性浆状燃料、乳化燃料和其他浆状燃料。

现在，将参照图2更详细地描述燃料喷射器阀200。

图2示出了燃料喷射器阀200的示意性侧剖图。因为燃料喷射器阀200用于喷射浆状燃料，所以它在本文中也被称为浆状燃料喷射器阀。燃料喷射器阀200是细长的并沿着纵向轴线A-A延伸。燃料喷射器阀200具有第一端201和第二端202。燃料喷射器阀200的横截面从第二端202到第一端201大体是渐缩的，并且形状是大体圆柱形或圆锥形的。在其他实施方式中，燃料喷射器阀200可以是非锥形的和/或可不是大体上圆柱形或圆锥形的形状。

燃料喷射器阀200包括用于将燃料喷射器阀200安装到发动机或发动机100附近的其他合适结构的壳体210。壳体210包围并保护燃料喷射器阀200的内部部分。应当理解，在一些实施方式中，壳体210是单个部件，并且在其他实施方式中，壳体210包括具有多个部件的组件。

广义上讲，燃料喷射器阀200具有：燃料出口阀220，浆状燃料能够通过燃料出口阀220离开燃料喷射器阀200，朝向发动机(诸如图1的发动机100)的燃烧室；泵腔230；泵元件231，其将泵腔230分成泵室234和致动室236；燃料导管212，浆状燃料能通过燃料导管212从泵室234流向燃料出口阀220；以及致动流体导管240，致动流体能通过致动流体导管240从致动室236流向燃料出口阀220。以下，接着将描述燃料喷射器阀200的这些部分和其他部分。

图3示出了燃料出口阀220的示意性部分侧剖图。在该实施方式中，燃料出口阀220包括喷嘴229，浆状燃料经由喷嘴229离开燃料出口阀220，朝向发动机的燃烧室。在该实施方式中，喷嘴229是在燃料喷射器阀200的第一端201处安装于燃料喷射器阀200的壳体210的单独元件。喷嘴229可以是可去除和可更换的。在其他实施方式中，喷嘴229可以与壳体210成一体。

在该实施方式中，燃料出口阀220由针阀220构成，但是在其他实施方式中，可替代地使用其他形式的阀。针阀220包括第一阀元件和第二阀元件，第一阀元件与第二阀元件能彼此协作，以控制浆状燃料通过喷嘴229离开浆状燃料喷射器阀200朝向发动机的燃烧室。在该实施方式中，第一阀元件和第二阀元件是针阀座221和阀针222。然而，在使用不同于针阀的阀的实施方式中，可替代地存在其他可协作的阀元件。

针阀220还包括孔223和针燃料室224。孔223和针燃料室224由燃料喷射器阀200的壳体210限定。阀针222位于孔223中并且能在孔223中移动，以从孔223内以可变程度突出到针燃料室224中。更具体地，阀针222安装成在打开位置和闭合位置之间移动。在打开位置，阀针222与针阀座221间隔开，以允许浆料燃料经由喷嘴229从针燃料室224流出，从浆状燃料喷射器阀200流向发动机的燃烧室。在闭合位置，阀针222抵靠针阀座221，以阻碍或防止浆状燃料从针燃料室224流出，从浆状燃料喷射器阀200流向发动机的燃烧室。

阀针222被朝向闭合位置偏置。更具体地，并且再次参照图2，在该实施方式中，阀针222联接到针活塞228。弹簧227安装在弹簧室214中且位于针活塞228和相对于壳体210固定的弹簧肩部215之间。在该实施方式中，弹簧227是卷簧，并且将针活塞228和阀针222朝向燃料喷射器阀200的第一端201和闭合位置推动。在其他实施方式中，阀针222可以在不同类型的弹簧或任何其他合适的偏置装置的作用下朝向闭合位置偏置。

在该实施方式中，阀针222能相对于孔223绕在阀针222的轴向方向上延伸的轴线B-B旋转，如将在下面更详细描述的。在该实施方式中，阀针222是细长的，因此轴向方向是阀针222的纵向方向。然而，在其他实施方式中，阀针222可以不能相对于孔223旋转。将参照图4更详细地描述阀针222本身。

图4示出了图3的燃料出口阀220的阀针222的示意性侧视图。阀针222包括尖端222a、燃料室部分222b和密封部分222c。针尖端222a用于抵接针阀220的针阀座221。密封部分222c用于定位在针阀220的孔223的内部和针燃料室224的外部。燃料室部分222b处于尖端222a和密封部分222c之间，并且用于定位在针阀220的针燃料室224中。

在该实施方式中，燃料室部分222b的垂直于阀针222的轴向方向的宽度比密封部分222c小。与燃料室部分222b具有与密封部分222c相同的宽度相比，这使得燃料室部分222b能够在针燃料室224中占据更少的空间。这进而可以帮助浆状燃料在针燃料室224中循环和流动。在该实施方式中，密封部分222c和燃料室部分222b中的每个都具有圆形横截面，因此宽度是直径。然而，在其他实施方式中，横截面中的一个或每个可不是圆形的。在一些实施方式中，燃料室部分222b和密封部分222c的垂直于阀针222的轴向方向的相应宽度大体相等。

阀针222的密封部分222c的表面包括多个凹槽225a、225b。在该实施方式中，存在两个凹槽225a、225b。在一些其他实施方式中，在密封部分222c的表面中可仅存在一个这样的凹槽。在一些其他实施方式中，密封部分222c的表面可没有凹槽。例如，密封部分222c的表面可以完全光滑或平坦。

在该实施方式中，凹槽225a、225b中的每个都是螺旋凹槽。结果，凹槽225a、225b中的每个在与阀针222的轴向方向不垂直的方向上延伸。也就是说，图4中的箭头所指示的轴向方向与凹槽225a、225b的方向之间的角度α小于90度。事实上，在该实施方式中，该方向相对于阀针222的轴向方向倾斜。这意味着角度α也大于0度。因此，如以下将更详细描述的，凹槽225a、225b中接纳的液体能够在凹槽225a、225b中行进，从而沿着阀针222的密封部分222c的长度遍布。这有助于润滑阀针222在孔223中的移动。这也有助于确保可移动的阀针222被在阀针222的纵向延伸部分上的不可压缩液体相对于孔223支撑，由此有助于将阀针222保持在相对于孔223和针阀座221的大体中心同轴位置处。在诸如图4中例示的实施方式这样的一些实施方式中，两个螺旋凹槽225a、225b可被布置为双螺旋。在其他实施方式中，可并非如此。

尽管已描述了螺旋凹槽，但是在其他实施方式中，凹槽225a或凹槽225b或每个凹槽的仅部分可以是螺旋形的。在一些实施方式中，该凹槽或每个凹槽没有哪部分是螺旋形的。在一些这样的实施方式中，该凹槽或每个凹槽仍可被成形为，使得该凹槽或每个凹槽的至少部分在与阀针222的轴向方向不垂直的方向上(诸如相对于阀针222的轴向方向倾斜的方向)延伸。例如，该凹槽或每个凹槽的至少部分可以是弯曲的或线性的，并且在相对于阀针222的轴向方向不垂直或倾斜的方向上延伸。在一些实施方式中，诸如当该凹槽或每个凹槽在阀针的圆锥形段或减缩段上时，该凹槽或每个凹槽的至少部分可以是螺旋形的。

在一些实施方式中，角度α可以在10至80度之间，诸如在30至60度之间，诸如是大致45度。在一些实施方式中，角度α可以是0度，使得凹槽225a或凹槽225b或每个凹槽(或凹槽225a或凹槽225b或每个凹槽的至少部分)在与阀针222的轴向方向平行的方向上延伸。

尽管并非在每个示例中都存在，但是在该实施方式中，阀针222和孔223被相对确定尺寸，使得液体能够从螺旋凹槽225a、225b和孔223流入针燃料室224中。下面，将说明这样的目的和益处。此外，阀针222的密封部分222c的表面包括周向凹槽226，周向凹槽226完全绕阀针222的圆周延伸以限定环形闭合路径。周向凹槽226位于螺旋凹槽225a、225b和阀针222的燃料室部分222b之间。周向凹槽226有助于限制液体从孔223流入或泄漏到针燃料室224中的速率。因此，周向凹槽226有助于促使液体中的一些保留在孔223和阀针222的密封部分222c之间，以执行上述的润滑功能和针对准功能。

在该实施方式中，螺旋凹槽225a、225b中的每个都终止于周向凹槽226中。这有助于促使液体从螺旋凹槽225a、225b流入周向凹槽226中。如上所述，周向凹槽226中保持的液体进一步有助于润滑和对准针222。然而，在一些实施方式中，螺旋凹槽225a、225b中的一个或每个可不终止于周向凹槽226中。在其他实施方式中，可存在不止一个位于螺旋凹槽225a、225b和阀针222的燃料室部分222b之间的周向凹槽226。在其他实施方式中，可不存在位于凹槽225a、225b和阀针222的燃料室部分222b之间的周向凹槽226。

在图4的阀针222中，螺旋凹槽225a、225b中的每个的螺距沿着相应螺旋凹槽225a，225b的整个长度是基本上恒定的。然而，在其他实施方式中，在凹槽的不同部分处，该凹槽或每个凹槽的螺距可不同。

例如，图5示出了根据本发明的另一实施方式的可用于图3的燃料出口阀中的另一阀针的示意性侧视图。除了阀针322的密封部分中的螺旋凹槽的形式之外，图5的阀针322与图4的阀针相同。在图5的阀针322中，螺旋凹槽325a、325b中的每个具有第一凹槽部分301a、301b和第二凹槽部分302a、302b。第二凹槽部分302a、302b位于阀针322的相应第一凹槽部分301a、301b和燃料室部分322b之间。

在凹槽325a、325b中的每个中，第二凹槽部分302a、302b的螺距小于第一凹槽部分301a、301b的螺距。因此，与相应第一凹槽部分301a、301b相比，在相应第二凹槽部分302a、302b中，对于阀针322的每个单位长度，凹槽存在相对更多的圈数。这有助于限制液体可流动或能够从螺旋凹槽325a、325b和孔泄漏到针燃料室中的速率。结果，在一些实施方式中，可以省略该实施方式中示出的周向凹槽326。

此外，与相应第二凹槽部分302a、302b相比，在相应第一凹槽部分301a、301b中，对于阀针322的每个单位长度，凹槽存在相对更少的圈数。致动流体将朝着这些第一凹槽部分301a、301b排出。由于凹槽遵循在相应第一凹槽部分301a、301b中更靠近阀针322的轴向方向对准的路径，面对(下述的)流体导管出口244的凹槽的表面面积增大。如此，该布置增加了可致使阀针222旋转的被排出的致动流体的比例。

在图5的阀针322中，螺旋凹槽325a、325b中的每个的螺距随着与阀针322的燃料室部分322b的距离而增加。在其他实施方式中，螺距可以在第一凹槽部分301a、301b和相应第二凹槽部分302a、302b之间逐步地变化。此外，在该凹槽或每个凹槽的仅部分是螺旋形的实施方式中，类似地，在凹槽的不同部分处，凹槽的螺旋部分的螺距可不同。同样，螺距可随着与阀针322的燃料室部分的距离而比变化或者逐步地变化。

在一些实施方式中，该凹槽225a、225b、325a、325b或每个凹槽的深度(从阀针222、322的表面起算)和/或宽度(垂直于深度，并且与凹槽的纵向方向正交)在凹槽的不同段处可不同。深度和/或宽度可随着与阀针222、322的燃料室部分的距离而变化或逐步地变化。

返回图2，如上所述，燃料喷射器阀200具有泵腔230和将泵腔230分成泵室234和致动室236的泵元件231。泵室234用于接收来自燃料供应阀250的浆状燃料，将在下面更详细地描述燃料供应阀250。致动室236用于接收致动液体以作用于泵元件231上，从而将浆状燃料从泵室234泵送到燃料出口阀220。下面，还更详细地描述这些过程。

在该实施方式中，泵元件231是往复活塞231，其能在泵腔230中能滑动地移动。尽管不是在每个实施方式中必要的，但是在该实施方式中，往复密封油从通向泵腔230的往复密封油入口237输送到往复活塞231和泵腔230的表面之间的间隙。往复密封油润滑往复活塞231，并且有助于将致动室236与泵室234隔离。

往复活塞231包括：泵活塞232，其能滑动地安装在泵室230中并且被布置成对浆状燃料施加力；以及致动活塞233，其联接到泵活塞232并且被布置成将力传递到泵活塞232。在该实施方式中，泵活塞232以及实际上整个往复活塞231移动所沿着的轴线偏离燃料喷射器阀200的纵向轴线A-A。在其他实施方式中，可能没有这种偏离。

在一些实施方式中，泵活塞和致动活塞可以一起在单个活塞中实施，或者泵元件231可不是往复活塞，和/或可以不能在泵腔230中能滑动地移动。在一些实施方式中，泵元件231可以是除了泵活塞之外的流体可致动的泵元件。例如，在一些实施方式中，泵元件231可以是隔膜泵的隔膜。

燃料喷射器阀200还包括燃料供应阀250，燃料供应阀250用于选择性使泵室230与燃料供应阀250的燃料进入口251流体连通。现在，将参照图6更详细地描述燃料供应阀250。

图6示出了图2的燃料喷射器阀200的燃料供应阀250的示意性部分侧剖图。燃料供应阀250包括用于与一个或更多个燃料源流体连通的燃料进入口251。这一个或更多个浆状燃料源并未在图6中示出，但是可使用任何合适的布置。燃料供应阀250整体上用于控制浆状燃料进入燃料供应阀250和燃料喷射器阀200的流动。

燃料供应阀250包括用于与燃料喷射器阀200的燃料出口阀220流体连通的燃料出口252。在该实施方式中，燃料出口252经由燃料导管212与针燃料室224流体连通。燃料导管212通向针燃料室224。由于浆状燃料的发热性能可相对低，因此产生一定量的功率可能需要相对更多的燃料。因此，在一些实施方式中，可存在不止一个燃料导管212，浆状燃料通过不止一个燃料导管212从燃料出口252流向燃料出口阀220。设置不止一个燃料导管212允许更多的浆状燃料到达燃料出口阀220，因此增加了每喷射周期的能量。如先前提到的，一些发动机将具有用于将燃料输入该燃烧室或每个燃烧室中的多个燃料喷射器阀200，以增加发动机的功率。

燃料供应阀250还包括与泵室234流体连通的泵室口253。

燃料供应阀还包括在燃料进入口251处的阀座254和具有阀头256的阀体255。阀头256用作阀门并且用于与阀座254配合，以控制浆状燃料通过燃料进入口251的流动。阀体255安装成在阀孔260中相对于阀座254在如图6中所示的第一位置和第二位置之间移动。阀孔260由燃料喷射器阀200的壳体210限定。在一些实施方式中，燃料供应阀250因此可被视为流体可致动的提升阀。然而，在其他实施方式中，燃料供应阀250可以不是提升阀，和/或阀体255和阀头256的移动可不进行线性移动，诸如进行旋转移动或旋转移动和平移移动的组合(例如，枢转或凸轮传动移动)。

在第一位置，阀头256与阀座254间隔开，以允许浆状燃料通过燃料进入口251流向泵室口253并进入泵室234。在一些实施方式中，可存在将阀头256朝向第一位置推动的弹簧或其他偏置装置。在第二位置，阀头256抵靠阀座254，从而阻碍或防止浆状燃料通过燃料进入口251流向泵室口253和泵室234。也就是说，当阀头256处于第二位置时，燃料进入口251不与或者基本上不与泵室口253和泵室234流体连通。

在该实施方式中，泵室口253与燃料导管212流体连通，而不管阀头256是处于第一位置还是第二位置。然而，在一些实施方式中，当阀头处于第二位置时，阀头256可使泵室口253和泵室234不与燃料导管212的流体连通。另选地，燃料喷射器阀200可包括用于选择性使燃料出口252与燃料导管212流体连通的另一个机构。在一些实施方式中，燃料导管212绕过燃料供应阀250，使得燃料可从泵室234流向燃料出口阀220，而不经过燃料供应阀250。

该实施方式的燃料供应阀250是流体可致动的。更具体地，阀头256能利用来自发动机的阀致动流体进行操作。发动机可以是这样的发动机：燃料喷射器阀200待安装到该发动机中以将浆状燃料喷射到该发动机的燃烧室中。具体地，燃料供应阀250包括阀致动室258，阀致动液体能被接纳在阀致动室258中，以对阀头256施加力从而驱动阀头256离开第一位置且朝向第二位置。更具体地，阀致动室258在阀头256的与阀座254相对的一侧。因此，将阀致动液体供给到阀致动室258中，这致使阀头256离开第一位置且朝向第二位置移动。阀致动液体可以是油，诸如伺服油。

在该实施方式中，阀致动室258与泵室口253隔离。更具体地，阀头256本身阻塞阀致动液体室258和泵室口253之间的流动路径。这有助于避免浆状燃料被阀致动液体污染，并且有助于避免浆状燃料污染阀致动液体并且使燃料供应阀250劣化。

在该实施方式中，阀体255具有在阀体255中的一个或更多个凹槽259，凹槽259用于接纳在阀体255和阀孔260之间的阀致动液体，以润滑阀体255在阀孔260中的移动并且进一步有助于将浆状燃料隔离阀致动液体。凹槽259与阀致动室258流体连通，使得阀致动液体能够从阀致动室258流入凹槽259中。所述一个或更多个凹槽中的每个可以是完全绕阀体255的圆周延伸的周向凹槽，或者可以是遵循替代路径的凹槽。

如图2中所示，在该实施方式中，燃料喷射器阀200包括控制阀270，控制阀270用于控制将阀致动液体输入到阀致动室258中。更具体地，燃料供应阀250包括阀致动液体导管257，阀致动液体能经由阀致动液体导管257流入和流出阀致动室258，并且控制阀270用于控制阀致动液体通过阀致动液体导管257的流动。在其他实施方式中，阀致动液体可按不同于阀致动液体导管257的路径从阀致动室258流出，该路径可由控制阀270或另一阀控制。

控制阀270具有用于与阀致动液体室258流体连通的第一口、用于与阀致动液体源271流体连通的第二口以及用于与排放装置272流体连通的第三口，并且控制阀270用于选择第二口和第三口中的哪个与第一口流体连通。阀致动液体源271可以是发动机(诸如其中将安装有燃料喷射器阀200的发动机)的伺服油系统。在其他实施方式中，控制阀270可具有不同数量的口。例如，在一些实施方式中，可存在组合的源271和排放装置272，使得可省略第三口。

在该实施方式中，控制阀270是诸如由发动机控制单元(ECU)电子控制或电气控制的。然而，在其他实施方式中，可采用其他形式的控制。

要注意，在其他实施方式中，燃料供应阀可采取与上述形式不同的形式。例如，在一些实施方式中，燃料供应阀可不是流体可致动的。

继续参照图2，在该实施方式中，燃料喷射器阀200具有致动流体入口241，致动流体能通过致动流体入口241从致动流体源流入致动室236和致动流体导管240。致动流体源并未在图2中示出，但是可使用任何合适的布置。流入致动室236的致动流体处于诸如200巴至1500巴这样的相对高的压力下，并且作用于泵元件231上，以将泵元件231朝向燃料喷射器阀200的第一端201驱动。该动作致使浆状燃料经由燃料导管212从泵室234被泵送到燃料出口阀220。燃料喷射器阀200具有致动控制阀242，致动控制阀242用于控制致动流体通过致动流体入口241的流动。更具体地，致动控制阀242选择性允许高压致动流体进入致动室236中，以使泵元件231移动从而泵送浆状燃料。在该实施方式中，致动控制阀242是诸如由发动机控制单元(ECU)电气控制或电子控制的。

燃料喷射器阀200还具有与致动流体入口241流体平行地布置的致动流体出口243。因为在用浆状燃料填充泵室234并使泵元件231朝向燃料喷射器阀200的第二端202移动时致动室236的容积减小，所以致动流体能通过致动流体出口243从致动室236排出到燃料喷射器阀200之外。致动流体出口243可使致动流体返回到致动流体源。

致动流体导管240将致动室236与燃料出口阀220流体连接。在该实施方式中，致动流体导管240包括外部管，但是在其他实施方式中，致动流体导管240可被内置于燃料喷射器阀200或者在燃料喷射器阀200内部。致动流体导管240在致动流体导管出口244处通向针阀220的孔223，由此致动流体能从致动流体导管出口244排出并碰撞阀针222。因为致动流体处于相对高的压力下，所以液体排出并碰撞阀针222起到冲刷针阀孔223和/或阀针222的作用，以有助于清除或去除原本可能积聚在那里的含碳颗粒或其他耐磨颗粒。这种排出的材料可进入针燃料室224，此后在浆状燃料的作用下被推动到燃料出口阀220之外，进入发动机燃烧室中。在该实施方式中，孔223a在致动流体导管出口244处包括周向凹槽223a。这有助于降低或避免在阀针222侧面上的点负荷并且有助于致动流体扩散。在其他实施方式中，可省略该周向凹槽223a。

在一些实施方式中，可存在多个致动流体导管240，每个致动流体导管都将致动室236与燃料出口阀220流体连接。这可使得致动流体被送到燃料出口阀220的体积率能够增加。进而，这可使得能够对燃料出口阀220进行更大的冲刷和/或增加致动流体的引燃效应(在下面讨论)。

如上所述，致动控制阀242选择性允许高压致动流体进入致动室236中，以将浆状燃料向着燃料出口阀220泵送。应该理解，在该实施方式中，致动控制阀242还选择性允许高压致动流体进入致动流体导管240，以冲刷燃料出口阀220。

因此，在该实施方式中，致动流体用于双重目的：致动燃料喷射器阀200以及冲刷燃料出口阀220。此外，致动控制阀242可进行操作以控制这两个功能。通过冲刷燃料出口阀220，每个喷射周期可有助于减少或避免固体大量积聚，使得出口阀220可保持充分畅通，以便进行有效操作。

在一些实施方式中，致动流体也是致动液体。在一些实施方式中，致动流体是可燃流体，诸如可燃油。这意味着冲刷动作也可具有引燃功能，由此，致动流体与燃料出口阀220中的浆状燃料混合，以改善燃料的点火特性。在一些实施方式中，致动流体可执行润滑燃料出口阀220(诸如孔223中的阀针222)的功能，和/或提供密封，以限制或防止浆状燃料经由孔223从针燃料室244向着针活塞228移动。因此，致动流体可有助于保持阀针222的完整性。

此外，如上所述，在该实施方式中，阀针222能相对于孔223旋转。在该实施方式中，致动流体导管出口244相对于阀针222布置，使得致动流体能从致动流体导管出口244排出并碰撞阀针222的一部分，从而促使阀针222在孔223中旋转。致动流体导管出口244可相对于阀针222布置，使得从致动流体导管出口244排出的致动流体中的至少一些在非径向方向或与阀针222的表面大体正切的方向上撞击阀针222的这部分。阀针222的这部分是阀针222的密封部分222c，因此被排出的致动流体进入密封部分222c的表面中的螺旋凹槽225a、225b。

由于凹槽225a、225b中的每个在与阀针222的轴向方向不垂直的方向上延伸，因此进入凹槽225a、225b中的一个或每个中的致动流体接触在与阀针222的轴向方向不垂直的方向上延伸的凹槽225a、225b的相应侧表面。这种接触向阀针222施加了非径向力，由此促使阀针222在孔223中旋转。在该实施方式中，凹槽225a、225b中的每个延伸的方向相对于阀针222的轴向方向倾斜。因此，甚至在阀针222的大体径向方向上撞击阀针222的这部分的从致动流体导管出口244排出的致动流体也能够促使阀针222在孔223中旋转，因为凹槽225a、225b的侧表面倾斜从而将致动流体的径向移动转换成阀针222的周向移动。

因此，在本发明的一些实施方式中，在一些或每个喷射周期期间，致使阀针222相对于针阀座221旋转或自旋。这增加了每当在每个喷射周期结束时阀针222返回其闭合位置时阀针222不在同一取向上抵接针阀座221的可能性。因此，与非旋转阀针相比，针阀座221和阀针222因相互接触而经受更均匀的磨损，其中，在每个周期阀针被推动抵靠阀针座的同一部分。

此外，如上所述，含碳或其他耐磨颗粒可从浆状燃料中沉淀出来并积聚在燃料喷射器阀中，诸如积聚在针阀座或阀针尖端上。阀针222移动到其闭合位置会将这种积聚的颗粒捕获在阀针222的尖端222a和针阀座221之间。这会增加针尖222a的磨损(诸如凹痕形式)。以这种现象为例，图7示出了未出现凹痕的阀针的部分侧视图，并且图8示出了具有凹痕的尖端的阀针的部分侧视图。针尖端的这种磨损(特别地凹痕形式)会减弱阀针和针阀座能够协作以控制浆状燃料从浆状燃料喷射器阀200排出的效果。

然而，如上所述，在该实施方式中，阀针222和孔223被相对确定尺寸，使得致动流体能从螺旋凹槽225a、225b和孔223流入针燃料室224中。因此，在其中致动流体处于足够高的压力下的实施方式中，从致动流体导管出口244排出的致动流体被驱动在阀针222和孔223之间，以进入针燃料室224。这可有助于冲刷针阀220的可协作的阀元件(即，在该实施方式中，针阀座221和/或阀针的尖端222a)中的一者或二者，以有助于清除或去除原本可能积聚在那里的含碳颗粒或其他耐磨颗粒。同样，被清除的这种材料可经由喷嘴229被推出到燃料出口阀220之外，在浆状燃料的作用下进入发动机燃烧室，由此有助于减少针阀尖端222a出现凹痕的情形。

可选地，至少阀针222、322的尖端222a可涂覆有相对耐磨材料或由该相对耐磨材料制成。示例的材料是碳化钨、碳化硅、氮化硼和金刚石，但是可使用其他材料。在一个实施方式中，在使阀针222旋转和轴向移动的同时，使用激光沉积焊接法将相对耐磨材料(诸如碳化钨、碳化硅、金刚石、氧化铝或其他合适耐磨材料)沉积在针尖端222a上，然后将阀针222、322研磨成合适的轮廓，以便与阀针座221协作。另选地，整个阀针222、322可由耐磨材料(诸如碳化钨、碳化硅、金刚石、氧化铝或其他合适耐磨材料)制成。在其他实施方式中，可用其他方式制成阀针222、322。类似地，燃料喷射器阀200的一个或更多个其他部件可涂覆有相对耐磨材料或者由相对耐磨材料制成，该相对耐磨材料诸如为上述那些材料中的任何材料。示例部件是燃料供应阀250的阀头255和/或阀座254、针阀座221和喷嘴229。

现在，将描述图2的燃料喷射器阀200的操作。

在燃料供应阀250的阀头255处于如图2和图6中例示的第一位置的情况下，浆状燃料从燃料进入口251通过燃料供应阀250和泵室口253流入泵室234中。浆状燃料的压力尽管相对低，但是足以将泵元件231向着燃料喷射器阀200的第二端202推动，以使泵室234扩张。浆状燃料的压力可例如小于30巴或者可选地在20至30巴之间。当如此推动泵活塞232和致动活塞233时，致动室236中的任何残留致动流体中的一部分通过致动流体出口243流到燃料喷射器阀200之外。

当泵室234中已填充有足够的浆状燃料时，打开控制阀270(诸如，在发动机控制单元的控制下)，以允许将阀致动液体经由阀致动液体导管257驱动到阀致动室258中，由此驱动燃料供应阀250的阀头256离开第一位置且朝向第二位置，以便闭合燃料进入口251。优选地，阀致动室258中的阀致动液体处于比燃料进入口251中的浆状燃料高的压力。例如，阀致动液体可处于超过100巴的压力，诸如在180至200巴之间。

一旦阀头256处于第二位置，就打开致动控制阀242(诸如，在发动机控制单元的控制下)，以致使高压致动流体经由致动流体入口241快速流入致动室236中。由于致动流体的压力比泵室234中的浆状燃料大得多，因此致动流体对泵元件231施加力，以致使泵室234中的浆状燃料被施压，并且经由燃料导管212迫使进入针燃料室224中。这致使阀针222抵抗弹簧227的偏置移动到打开位置，以允许浆状燃料经由喷嘴229被推动到燃料喷射器阀200之外且朝向发动机燃烧室。由于在燃料喷射器阀200这样的致动期间燃料供应阀250处于第二位置，因此浆状燃料也不能从泵室234被迫使进入燃料进入口251中。

同时，致动流体的一部分从致动室236沿着致动流体导管240被驱动到致动流体导管出口244，并且如上所述被推动以接近和冲刷孔223和/或位于孔223中的阀针222。因为致动流体处于相对高的压力，致动流体作为爆发流从致动流体导管出口244出来。这有助于清除或冲刷原本可能积聚在阀针222上面或孔223里面的含碳颗粒或其他耐磨颗粒。致动流体也被驱动在阀针222和孔223之间进入针燃料室224，以便接触并冲刷针阀220的可协作的阀元件(即，在该实施方式中，针阀座221和/或阀针222的尖端222a)，以有助于清除或去除原本可能积聚在那里的含碳颗粒或其他耐磨颗粒。

此后，闭合致动控制阀242(诸如，在发动机控制单元的控制下)以致使高压致动流体停止流入致动室236中。结果，停止将浆状燃料从泵室234泵送到燃料出口阀220，也停止将致动流体经由致动流体导管240流向燃料出口阀220。此外，由于浆状燃料停止向燃料出口阀220流动，因此针阀222在弹簧227的偏置力的作用下移动到其闭合位置，以防止或阻碍浆状燃料从针燃料室224流出到燃料喷射器阀200之外。

此后，通过控制阀270的闭合(诸如，在发动机控制单元的控制下)，致使阀致动液体停止流入阀致动室258中。然后，燃料进入口251中的浆状燃料的相对低压足以驱动阀头256离开第二位置且朝向第一位置，以打开燃料进入口251并且周期再次开始。在阀头256这样移动期间，阀致动液体的至少一部分经由阀致动液体导管257和控制阀270从阀致动室258排出到排放装置272。如此，浆状燃料对移动到第一位置的阀头256没有明显的阻力。排放装置272可将阀致动液体返回到阀致动液体源271。

应当理解，并不是使用浆状燃料而是使用另一流体驱动阀头256离开第一位置且朝向第二位置。通过避免浆状燃料必须抵靠阀头256工作以移动阀头256离开第一位置且朝向第二位置，浆状燃料的压力可相对低。这进而有助于避免来自浆状燃料中的固体颗粒在燃料供应阀250的里面和附近团聚。

此外，在一些实施方式中，在阀头256移动离开第一位置且朝向第二位置期间，阀头256基本上不施加与来自燃料进入口251的浆状燃料的流动反向的力。这意味着，浆状燃料可保持在相对低的压力下，因此减少了非牛顿浆状燃料沉淀出来或固体燃料颗粒团聚的机会。然而，在其他实施方式中，在阀头256移动离开第一位置且朝向第二位置期间，阀头256确实施加与来自燃料进入口251的浆状燃料的流动反向的力。

可选地，诸如在维护周期期间，可启动致动控制阀242一次或更多次，以致使燃料出口阀220被冲刷。在这样的维护周期中，可将除了浆状燃料之外的流体(诸如水)可经由燃料进入口251被泵送到泵室。在一些实施方式中，在这样的维护周期期间，没有流体被泵送到泵室或随后从泵室泵送到燃料出口阀220。

在其他实施方式中，上述实施方式中的两个或更多个可被组合。在其他实施方式中，一个实施方式的特征可与一个或更多个其他实施方式的特征组合。

已参照所例示的示例讨论了本发明的实施方式。然而，应该理解，可对本发明的范围内描述的示例进行改变和修改。

Claims (13)

1.一种浆状燃料喷射器阀，该浆状燃料喷射器阀包括：

燃料出口阀，浆状燃料能够经由该燃料出口阀离开所述浆状燃料喷射器阀，朝向发动机的燃烧室，其中，所述燃料出口阀包括针阀，所述针阀具有孔、针燃料室和阀针，所述阀针能在所述孔中移动，以从所述孔内部以可变程度突出到所述针燃料室中；

泵腔；

泵元件，该泵元件将所述泵腔分成泵室和致动室；

燃料导管，浆状燃料能通过该燃料导管从所述泵室流向所述燃料出口阀；以及

致动流体导管，致动流体能通过该致动流体导管从所述致动室流向所述燃料出口阀；

其中，所述致动流体导管在致动流体导管出口处通向所述孔，由此致动流体能从所述致动流体导管出口排出且与所述阀针和所述孔中的一者或二者接触，使得致动流体在所述阀针和所述孔之间被驱动以进入所述针燃料室。

2.根据权利要求1所述的浆状燃料喷射器阀，其中，所述阀针能相对于所述孔旋转。

3.根据权利要求2所述的浆状燃料喷射器阀，其中，所述致动流体导管出口相对于所述阀针布置，使得致动流体能从所述致动流体导管出口排出并碰撞所述阀针的一部分，从而促使所述阀针在所述孔中旋转。

4.根据权利要求3所述的浆状燃料喷射器阀，其中，所述阀针的所述一部分的表面包括至少一个凹槽。

5.根据权利要求4所述的浆状燃料喷射器阀，其中，所述凹槽或每个凹槽的至少一部分在与所述阀针的轴向方向不垂直的方向上延伸。

6.根据权利要求5所述的浆状燃料喷射器阀，其中，所述方向相对于所述阀针的所述轴向方向是倾斜的。

7.根据权利要求5所述的浆状燃料喷射器阀，其中，所述凹槽或每个凹槽的所述至少一部分是螺旋形的。

8.根据权利要求4所述的浆状燃料喷射器阀，其中，所述凹槽或每个凹槽是螺旋形的。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的浆状燃料喷射器阀，其中，所述燃料导管通向所述针燃料室。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的浆状燃料喷射器阀，所述浆状燃料喷射器阀包括致动流体入口，致动流体能通过该致动流体入口从致动流体源流入所述致动室和所述致动流体导管中。

11.根据权利要求10所述的浆状燃料喷射器阀，所述浆状燃料喷射器阀包括致动控制阀，该致动控制阀用于控制致动流体通过所述致动流体入口的流动。

12.根据权利要求10所述的浆状燃料喷射器阀，所述浆状燃料喷射器阀包括致动流体出口，该致动流体出口与所述致动流体入口流体平行地布置，并且致动流体能通过该致动流体出口从所述致动室排出。

13.根据权利要求1至8中任一项所述的浆状燃料喷射器阀，其中，所述泵元件包括往复活塞。

Images